CN114172855A - 网络交换器及其网络交换器系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种网络交换器及其网络交换器系统。所述网络交换器包含多个连接端口及处理电路。各连接端口预设地处于一启用状态或一关闭状态，以形成单一环形网络。当任一连接端口接收到第一异常信息封包且其中一连接端口处于关闭状态时，处理电路设定处于关闭状态之连接端口切换至启用状态，且处理电路在单一环形网络中不转传第一异常信息封包，当其中一连接端口异常且形成单一环形网络之各连接端口均处于启用状态时，处理电路设定异常之连接端口切换至关闭状态，并经由未异常之另一连接端口在单一环形网络中传送第二异常信息封包至其他网络交换器。

Description

网络交换器及其网络交换器系统

技术领域

本申请是关于一种网络交换器及其网络交换器系统，特别是适于快速形成单一环形网络的网络交换器及其网络交换器系统。

背景技术

在网络技术中，生成树（Spanning Tree Protocol；STP）技术是交换机的重要技术，其目的是为了避免网络循环所造成的各种问题。然而，传统的STP技术需要花30秒才能建构完成，建构完成后才能传输数据，当网络拓扑改变（topology change）时，STP技术需要花30秒才能回复稳定状态，其建构时间相当冗长。因此前人改良STP技术并提出快速STP（Rapid Spanning Tree Protocol；RSTP）技术，然而，快速STP技术仍然需花费2-3秒才能完成/重新建构网络拓扑，对于现今网络传输之数据量，快速STP仍会造成大量信息量之流失。

发明内容

在一些实施例中，一种网络交换器包含多个连接端口及处理电路。各连接端口预设地处于一启用状态或一关闭状态，以形成单一环形网络。处于启用状态之各连接端口在单一环形网络中接收一数据封包且转传数据封包，处于关闭状态之各连接端口在单一环形网络中接收数据封包且不转传数据封包。处理电路耦接前述连接端口，用以判断形成单一环形网络的连接端口是否异常，且判断形成单一环形网络的任一连接端口是否接收来自其他网络交换器的一第一异常信息封包，当任一连接端口接收到第一异常信息封包且形成单一环形网络的其中一连接端口处于关闭状态时，处理电路设定处于关闭状态之连接端口切换至启用状态，且处理电路在单一环形网络中不转传第一异常信息封包，当形成单一环形网络的其中一连接端口异常且形成单一环形网络之各连接端口均处于启用状态时，处理电路设定异常之连接端口切换至关闭状态，并经由未异常之另一连接端口在单一环形网络中传送一第二异常信息封包至其他网络交换器。

在一些实施例中，当前述任一连接端口接收到第一异常信息封包时，若形成单一环形网络的各连接端口均处于启用状态，处理电路经由未接收第二异常信息封包之另一连接端口在单一环形网络中转传第一异常信息封包至其他网络交换器。

在一些实施例中，其中处于启用状态之连接端口不经由其他端口状态直接切换至关闭状态，且处于关闭状态之连接端口不经由其他端口状态而直接切换至启用状态。

在一些实施例中，其中其他端口状态为倾听状态（listening）、学习状态（learning）、无用状态（discarding）或前述项目所形成之任一组合。

在一些实施例中，其中在异常之连接端口切换至关闭状态之后，若其中一连接端口接收来自其他网络交换器之一第三异常信息封包，处理电路设定异常之连接端口维持在关闭状态而不切换至启用状态。

在一些实施例中，前述网络交换器及单一环形网络中之其他网络交换器均非为根网桥。

在一些实施例中，前述处理电路在单一环形网络中未发送生成树协议定义的BPDU。

在一些实施例中，前述处理电路在形成单一环形网络时未发送网络交换器之MAC地址至单一环形网络中的其他网络交换器。

在一些实施例中，前述第一异常信息封包及第二异常信息封包不包含网络交换器的MAC地址及标识符。

在一些实施例中，一种网络交换器系统包含第一网络交换器及第二网络交换器。第一网络交换器包含多个第一连接端口及第一处理电路。多个第一连接端口预设地处于启用状态，以形成单一环形网络且在单一环形网络中传送自其他网络交换器接收的数据封包。第一处理电路耦接第一连接端口，当其中一第一连接端口异常且形成单一环形网络的各第一连接端口均处于启用状态时，第一处理电路设定异常之第一连接端口切换至关闭状态，并经由未异常之另一第一连接端口在单一环形网络中传送一异常信息封包。第二网络交换器包含第二连接端口及第二处理电路。第二连接端口预设地处于关闭状态，以形成单一环形网络且不转传自第一网络交换器接收的数据封包。第二处理电路耦接第二连接端口，当第二连接端口接收到异常信息封包时，第二处理电路设定第二连接端口由关闭状态切换至启用状态，以形成另一单一环形网络，且第二处理电路不转传异常信息封包。

在一些实施例中，前述网络交换器系统更包含第三网络交换器耦接在第一网络交换器与第二网络交换器之间，第三网络交换器包含多个第三连接端口及第三处理电路。多个第三连接端口预设地处于启用状态，以形成单一环形网络且在单一环形网络中将自第一网络交换器接收的数据封包传送至第二网络交换器。第三处理电路耦接第三连接端口，当任一第三连接端口接收到异常信息封包时，第三处理电路经由其中另一第三连接端口转传异常信息封包至第二连接端口。

在一些实施例中，前述第一网络交换器、第二网络交换器及第三网络交换器非为根网桥。

在一些实施例中，前述异常之第一连接端口不经由其他端口状态直接切换至关闭状态，其中处于关闭状态之第二连接端口不经由其他端口状态直接切换至启用状态。

在一些实施例中，前述端口状态为倾听状态（listening）、学习状态（learning）、无用状态（discarding）或前述项目所形成之任一组合。

在一些实施例中，前述异常之第一连接端口切换至关闭状态之后，若其中一第一连接端口接收另一异常信息封包，处理电路设定异常之第一连接端口维持在关闭状态而不切换至启用状态。

在一些实施例中，前述第一处理电路、第二处理电路及第三处理电路在单一环形网络中未发送生成树协议定义的BPDU。

在一些实施例中，前述第一处理电路在形成单一环形网络时未发送第一网络交换器之MAC地址至第二网络交换器，第二处理电路在形成单一环形网络时未发送第二网络交换器之MAC地址至第三网络交换器。

在一些实施例中，前述异常信息封包不包含第一网络交换器的MAC地址及标识符。

附图说明

图1为根据本申请之网络交换器之一实施例之方块示意图。

图2为根据本申请之网络交换器系统之一实施例之方块示意图。

图3为根据本申请之单一环形网络之建立程序之一实施例之流程图。

图4为根据本申请之单一环形网络之建立程序之另一实施例之流程图。

图5为图2之网络交换器系统运作时之一实施例之方块示意图。

具体实施方式

图1为根据本申请之网络交换器之一实施例之方块示意图。请参照图1，网络交换器11包含处理电路110及多个连接端口11A、11B、11C。其中，图1系以网络交换器11包含三个连接端口11A、11B、11C为例，然本申请不以此为限，连接端口数量亦可为大于三。

连接端口11A、11B、11C系预设地可处于启用状态或关闭状态，处理电路110耦接连接端口11A、11B、11C，处理电路110可设定连接端口11A、11B、11C的状态为启用状态或关闭状态。当网络交换器11处于单一环形网络的路径时，若连接端口11A、11B、11C处于启用状态，连接端口11A、11B、11C可接收单一环形网络中前一网络交换器传送的数据封包，且连接端口11A、11B、11C可转传前述资料封包至单一环形网络中的次一网络交换器，换言之，处于启用状态的连接端口11A、11B、11C可接收数据封包并转传数据封包；若连接端口11A、11B、11C处于关闭状态，连接端口11A、11B、11C可接收前一网络交换器传送的数据封包，且连接端口11A、11B、11C不转传数据封包至次一网络交换器，换言之，处于关闭状态的连接端口11A、11B、11C可接收数据封包且不转传数据封包。举例来说，连接端口11A、11B、11C可连接于电子装置，例如摄影机、计算机，以摄影机为例，前述之数据封包可为影像数据。

基此，经由处理电路110设定连接端口11A、11B、11C为启用状态或关闭状态，网络交换器11的连接端口11A、11B、11C可经由传输线连接至其他相同网络交换器的连接端口，其他网络交换器亦可设定其连接端口为启用状态或关闭状态，以形成网络交换器11与其他网络交换器之间的单一环形网络而避免发生网络拓扑循环（topology loop）。举例来说，请合并参照图2，以网络交换器11连接其他相同的网络交换器12-16为例，且图2仅示例出形成单一环形网络之连接端口11A-16A、11B-16B。如图2所示，各网络交换器11-16分别包含处理电路110-160，网络交换器12-16的处理电路120-160亦可分别设定其连接端口12A-16A、12B-16B为启用状态或关闭状态（即，处理电路120可设定连接端口12A、12B为启用状态或关闭状态，处理电路130可设定连接端口13A、13B为启用状态或关闭状态，依此类推不再赘述）而经由连接端口11A-16A、11B-16B形成单一环形网络。举例来说，网络交换器14的处理电路140可设定连接端口14A为关闭状态，网络交换器11-13、15、16的处理电路110-130、150、160可分别设定其他连接端口11A-13A、15A、16A、11B-16B均为启用状态，以建立前述之单一环形网络。在建立单一环形网络之后，网络交换器11-16之间可相互传送数据封包，且网络交换器11-16中之任一者不会接收到其自身所发送之数据封包。例如，网络交换器13传送的数据封包不会再经由网络交换器14回传至网络交换器13。

在形成网络交换器11-16之间的单一环形网络之后，若处于启用状态之连接端口11A-11B、12A-12B中之任一者发生异常，处于异常之连接端口可自动地被切换至关闭状态，且连接端口11A-11B、12A-12B中原处于关闭状态之连接端口可自动地被切换至启用状态，也就是网络交换器11-16可执行单一环形网络之重建程序，以改变网络拓扑。

请合并参照图1至图4，以下先以网络交换器11及连接端口11A、11B为例说明各网络交换器11-16之运作。在形成单一环形网络后，为侦测出是否需改变网络拓扑，处理电路110判断形成单一环形网络的连接端口11A、11B是否异常（步骤S01），且处理电路110判断连接端口11A、11B是否接收到来自其他网络交换器的异常信息封包（步骤S04）。在步骤S04中，若连接端口11A、11B未接收到来自其他网络交换器的异常信息封包（判断结果为“否”），表示其他网络交换器的连接端口均正常，此时，当处理电路110在步骤S01中判断出连接端口11A、11B中之任一者异常时（步骤S01的判断结果为“是”），以连接端口11A异常且连接端口11A、11B均处于启用状态为例，处理电路110在前述重建程序中设定异常的连接端口11A由启用状态切换至关闭状态（步骤S02），且处理电路110经由未异常且处于启用状态的连接端口11B传送异常信息封包至单一环形网络中的次一网络交换器（步骤S03），以续行单一环形网络的重建程序。

另一方面，若连接端口11A、11B未发生异常，当处理电路110在步骤S04中判断出两连接端口11A、11B中之任一者接收到来自单一环形网络中的前一网络交换器之异常信息封包时，表示单一环形网络中的其中一网络交换器之连接端口异常，此时，在单一环形网络的重建程序中，处理电路110进一步判断连接端口11A、11B的状态，以判断其中一连接端口11A、11B是否处于关闭状态（步骤S05），处理电路110再根据判断结果决定是否需将处于关闭状态之连接端口切换至启用状态，换言之，若其他网络交换器之连接端口异常，处理电路110需设定处于关闭状态之任一连接端口11A、11B切换至启用状态，以建立新的单一环形网络。以连接端口11A处于启用状态且连接端口11B处于关闭状态为例，处理电路110在步骤S05中判断出连接端口11B处于关闭状态（步骤S05的判断结果为“是”），处理电路110即设定第二连接端口11B由关闭状态切换至启用状态（步骤S06），且处理电路110不转传异常信息封包（步骤S07）。

另一方面，在一些实施例中，在前述单一环形网络中的其中一网络交换器之连接端口异常使连接端口11A、11B中之任一者接收到异常信息封包（步骤S04的判断结果为“是”）的情形中，若处理电路110在步骤S05中判断出连接端口11A、11B均处于启用状态（判断结果为“否”），表示连接端口11A、11B已可在重新建立后的单一环形网络中转发数据封包，处理电路110不需重新设定连接端口11A、11B之状态，连接端口11A、11B均维持在启用状态而不改变状态，处理电路110经由连接端口11A、11B中未接收异常信息封包之连接端口在单一环形网络中转传异常信息封包至其他网络交换器，也就是处理电路110经由连接次一网络交换器的连接端口11A或连接端口11B转传异常信息封包（步骤S08）。基此，各处理电路110-160均执行步骤S01、S04，并根据S01、S04之判断结果执行后续之步骤S02-S03、S05-S08，以完成单一环形网络之重建程序。

请合并参照图3至图5，以连接端口11A、16B异常且连接端口14A处于关闭状态及连接端口11A-13A、15A、16A、11B-16B处于启用状态为例，在步骤S01中，处理电路110判断出连接端口11A异常（判断结果为“是”），且处理电路160判断出连接端口16B异常（判断结果为“是”），处理电路110执行步骤S02以设定连接端口11A由启用状态切换至关闭状态，且处理电路160执行步骤S02以设定连接端口16B由启用状态切换至关闭状态，处理电路160经由连接端口16A传送第一异常信息封包P1至网络交换器15（步骤S03），且处理电路110经由连接端口11B传送第二异常信息封包P2至网络交换器12（步骤S03）。

于是，网络交换器12的处理电路120在步骤S04中判断出连接端口12A接收到来自网络交换器11之第二异常信息封包P2（判断结果为“是”），且处理电路120在步骤S05中判断出连接端口12A、12B均处于启用状态而未处于关闭状态（判断结果为“否”），处理电路120不切换连接端口12A、12B的状态，处理电路120经由连接端口12B转传第二异常信息封包P2至网络切换器13（步骤S08）。于是，网络切换器13的处理电路130在步骤S04中判断出连接端口13A接收到来自网络交换器12之第二异常信息封包P2（判断结果为“是”），且处理电路130接着在步骤S05中判断出连接端口13A、13B均处于启用状态而未处于关闭状态（判断结果为“否”），处理电路130不切换连接端口13A、13B的状态，处理电路130经由连接端口13B转传第二异常信息封包P2至网络切换器14（步骤S08）。同理，在网络切换器16发出第一异常信息封包P1之后，网络切换器15的处理电路150在步骤S04中判断出连接端口15B接收到来自网络交换器16之第一异常信息封包P1（判断结果为“是”），且处理电路150在步骤S05中判断出连接端口15A、15B均处于启用状态而未处于关闭状态（判断结果为“否”），处理电路150不切换连接端口15A、15B的状态，处理电路150经由连接端口15A转传第一异常信息封包P1至网络切换器14（步骤S08）。

基此，网络切换器14的处理电路140在步骤S04中判断出连接端口14B接收到第一异常信息封包P1且判断出连接端口14A接收到第二异常信息封包P2（判断结果为“是”），处理电路140在步骤S05中判断出连接端口14A处于关闭状态，于是，处理电路140设定连接端口14A由关闭状态切换至启用状态（步骤S06），以建立新的单一环形网络，处理电路140不转传第一异常信息封包P1至网络切换器13且不转传第二异常信息封包P2至网络切换器15（步骤S07），如此即完成单一环形网络之重建程序。

在一些实施例中，以网络交换器11为例，当任一连接端口11A、11B异常时，处理电路110可储存异常信息，以待网络交换器11之管理者或使用者对异常之状况进行维修处理。

在一些实施例中，网络交换器11-16可在上电后根据使用者之设定自动地设定连接端口11A-16A及11B-16B的状态为启用状态或关闭状态，以使单一环形网络建立完成。基此，在建立及重建单一环形网络的过程中，网络交换器11-16之间不执行根网桥（rootbridge）之决定程序，也就是网络交换器11-16之间在形成单一环形网络时并不相互传送其媒体访问控制地址（Media Access Control Address；MAC）及标识符（ID）来决定根网桥，且网络交换器11-16并不需要根据前述MAC地址及标识符决定各连接端口11A-16A、11B-16B为根端口（root port）、指定端口（designated port）或交替端口（alternate port），如此可大幅地提升单一环形网络的建立速度。

再者，在建立单一环形网络后，当连接端口11A、16B异常造成需改变网络拓扑时，连接端口11B、16A分别将异常信息封包P2、P1传送给次一网络交换器12、15，异常信息封包P2、P1中并不包含网络交换器11、16的MAC地址及标识符，接收到异常信息封包P2、P1的次一网络交换器12、15再转传异常信息P2、P1封包，直到异常信息封包P2、P1转传至具有处于关闭状态之连接端口14A之网络交换器14，始停止异常信息封包P2、P1之转传，换言之，在重建单一环形网络的过程中，网络交换器11-16中发生异常的网络交换器不会传送信息封包给根网桥再由根网桥通知其他网络交换器，如此可大幅地提升单一环形网络的重建速度。

在一些实施例中，网络交换器11-16之间不会定期地交换生成树协议（SpanningTree Protocol；STP）中所定义的网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit；BPDU），如此可减少网络交换器11-16之间的数据交换量。再者，网络交换器11-16在切换连接端口11A-16A、11B-16B的端口状态时系设定连接端口11A-16A、11B-16B由关闭状态直接切换至启用状态，或由启用状态直接切换至关闭状态，也就是连接端口11A-16A、11B-16B在由关闭状态切换至启用状态或由启用状态切换至关闭状态的过程中，并不经由其他端口状态（例如，倾听状态（listening）、学习状态（learning）及无用状态（discarding））直接切换至关闭状态或启用状态，也就是各连接端口11A-16A、11B-16B不需等待BPDU来切换其端口状态，如此可加快单一环形网络的重建速度。

在一些实施例中，前述之启用状态可为STP所定义的转传状态（forwarding），且前述之关闭状态可为STP所定义的阻挡（blocking）状态，异常信息封包P1、P2可为STP所定义的BPDU。基此，网络交换器11-16亦可适用于STP及快速STP（Rapid Spanning TreeProtocol；RSTP）。

在一些实施例中，连接端口11A系经由传输线L连接于连接端口16B，当传输线L与连接端口11A、16B之连接脱落、传输线L损坏或连接端口11A、16B本身损坏导致网络交换器16、11之间无法正常传输数据封包时，处理电路110可在步骤S01中判断出连接端口11A异常，且处理电路160可在步骤S01中判断出连接端口16B异常。

在一些实施例中，以网络交换器11为例，在异常之连接端口11A切换至关闭状态之后，若网络交换器11的连接端口11A、11B接收来自其他网络交换器12-16之异常信息封包，处理电路110设定异常之连接端口11A维持在关闭状态而不切换至启用状态，以避免异常之连接端口11A切换至启用状态而无法正常地传送数据封包。同理，以网络交换器16为例，在异常之连接端口16B切换至关闭状态之后，若网络交换器16的连接端口16A、16B接收来自其他网络交换器11-15之异常信息封包，处理电路160设定异常之连接端口16B维持在关闭状态而不切换至启用状态，以避免异常之连接端口16B切换至启用状态而无法正常地传送数据封包。

综上所述，根据本申请之网络交换器及其网络交换器系统之一实施例，在建立单一环形网络的过程中，网络交换器之间节省根网桥的决定程序，网络交换器之间不需经由网络交换器的MAC地址及辨别码决定连接端口的角色。因此，当网络拓扑需改变时，网络交换器不需经由根网桥通知其他网络交换器，可快速地建立单一环形网络，有别于STP技术及RSTP技术，网络交换器系统在1 ms内可完成单一环形网络之建构，网络交换器之用户损失之数据量可降至最低。

虽然本申请已以实施例披露如上然而其并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，故本申请之保护范围当视随附之专利申请权利要求所限定者为准。

【符号说明】

11-16:网络交换器

110-160:处理电路

11A-16A:连接端口

11B-16B:连接端口

11C:连接端口

L:传输线

P1:第一异常信息封包

P2:第二异常信息封包

S01:判断连接端口是否异常

S02:设定异常的连接端口切换至关闭状态

S03:经由未异常且处于启用状态的连接端口传送异常信息封包

S04:判断是否接收到异常信息封包

S05:判断其中一连接端口是否处于关闭状态

S06:设定处于关闭状态的连接端口切换至启用状态

S07:不转传异常信息封包

S08:转传异常信息封包

Claims (10)

1.一种网络交换器，适于形成一单一环形网络，包含：

多个连接端口，各该连接端口预设地处于一启用状态或一关闭状态，以形成该单一环形网络，处于该启用状态之各该连接端口在该单一环形网络中接收一数据封包且转传该数据封包，处于该关闭状态之各该连接端口在该单一环形网络中接收该数据封包且不转传该数据封包；及

处理电路，耦接该些连接端口，用以判断形成该单一环形网络的该些连接端口是否异常，且判断形成该单一环形网络的任一该连接端口是否接收来自其他网络交换器的一第一异常信息封包，当任一该连接端口接收到该第一异常信息封包且形成该单一环形网络的其中一该连接端口处于该关闭状态时，该处理电路设定处于该关闭状态之该连接端口切换至该启用状态，且该处理电路在该单一环形网络中不转传该第一异常信息封包，当形成该单一环形网络的其中一该连接端口异常且形成该单一环形网络之各该连接端口均处于该启用状态时，该处理电路设定异常之该连接端口切换至该关闭状态，并经由未异常之另一该连接端口在该单一环形网络中传送一第二异常信息封包至其他网络交换器。

2.如权利要求1所述之网络交换器，其中当任一该连接端口接收到该第一异常信息封包时，若形成该单一环形网络的各该连接端口均处于该启用状态，该处理电路经由该未接收该第二异常信息封包之另一该连接端口在该单一环形网络中转传该第一异常信息封包至其他网络交换器。

3.如权利要求1所述之网络交换器，其中处于该启用状态之该连接端口不经由其他端口状态直接切换至该关闭状态，且处于该关闭状态之该连接端口不经由其他端口状态而直接切换至该启用状态。

4.如权利要求3所述之网络交换器，其中该其他端口状态为倾听状态、学习状态、无用状态或前述项目所形成之任一组合。

5.如权利要求1所述之网络交换器，其中在异常之该连接端口切换至该关闭状态之后，若其中一该连接端口接收来自其他网络交换器之一第三异常信息封包，该处理电路设定异常之该连接端口维持在该关闭状态而不切换至该启用状态。

6.如权利要求1所述之网络交换器，其中该网络交换器及该单一环形网络中之其他网络交换器均非为根网桥。

7.如权利要求1所述之网络交换器，其中该处理电路在该单一环形网络中未发送生成树协议定义的BPDU。

8.如权利要求1所述之网络交换器，其中该处理电路在形成该单一环形网络时未发送该网络交换器之MAC地址至其他网络交换器。

9.如权利要求1所述之网络交换器，其中该第一异常信息封包及该第二异常信息封包不包含该网络交换器的MAC地址及标识符。

10.一种网络交换器系统，适于形成一单一环形网络，该网络交换器系统包含：

第一网络交换器，包含：

多个第一连接端口，预设地处于一启用状态，以形成该单一环形网络且在该单一环形网络中传送自其他网络交换器接收的数据封包；及

第一处理电路，耦接该些第一连接端口，当其中一该第一连接端口异常且形成该单一环形网络的各该第一连接端口均处于该启用状态时，该第一处理电路设定异常之该第一连接端口切换至一关闭状态，并经由未异常之另一该第一连接端口在该单一环形网络中传送一异常信息封包；及

第二网络交换器，耦接该第一网络交换器，包含：

第二连接端口，耦接该第一网络交换器，默认地处于该关闭状态，以形成该单一环形网络且不转传自该第一网络交换器接收的数据封包；及

第二处理电路，耦接该第二连接端口，当该第二连接端口接收到该异常信息封包时，该第二处理电路设定该第二连接端口由该关闭状态切换至该启用状态，以形成另一单一环形网络，且该第二处理电路不转传该异常信息封包。

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